Способ управления облучением растений в теплице и устройство для его осуществления

 

Использование: повышает качество рассады , выращиваемой в теплице, за счет оптимизации режима облучения растений. Сущность изобретения: измеряют уровень освещенности в теплице датчиком (преобразователь освещенность - частота импульсов ) 9 в режиме День, заданном по времени таймером 1. Осуществляют автоматическое управление уровнем освещенности посредством искусственных источников видимого света, подключаемых первым исполнительным механизмом 11. Одновременно в течение суток измеряют значение температуры воздуха в теплице датчиком 12 температуры , сравнивают это значение с заданным задатчмком 24 температуры и в случае превышения им заданного значения дополнительно облучают растения посредством источников ультрафиолетового излучения , подключаемых вторым исполнительным механизмом 16. Кроме того , источники ультрафиолетового излучения включают в режиме Ночь при снижении температуры воздуха в теплице ниже заданного значения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. сл fOfOEEl мгэа -Ч/LJ-ji/rt СО

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (ч)з А 01 6 9/26

ГОСУДАРСТБЕННЫИ КО1АИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4807902/15 (22) 02.04.90 (46) 23.07.92. Бюл. 1Ф 27 (71) Научно-производственное объединение

"Нечерноземагромаш" (72) 1О.С;Бернер, В,Н.Судаченко, Э.В,Феофилов и Г.M.×ècòÿêîýà (56) Авторское свидетельство СССР

N 970337, кл. G 05 D 25/02, 1981. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБЛУЧЕНИЕМ

РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: повышает качество рассады, выращиваемой в теплице, за счет оптимизации режима облучения растений.

Сущность изобретения: измеряют уровень освещенности в теплице датчиком (преобразователь освещенность — частота импуль50„„1748735 А1 сов) 9 в режиме "День", заданном по времени таймером 1, Осуществляют автоматическое управление уровнем освещенности посредством искусственных источников видимого света, подключаемых первым исполнительным механизмом 11. Одновременно в течение суток измеряют значение температуры воздуха в теплице датчиком 12 температуры, сравнивают.зто значение с заданным задатчиком 24 температуры и в случае превышения им заданного значения дополнительно облучают растения посредством источников ультрафиолетового излу

1748735

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а частности к устройствам, обеспечивающим автоматическое поддержание в теплицах и парниках заданного микроклислата, Цель изоСретения — оптимизация режима облучения растений.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 — временная диаграмма работы устройства, Устройство содержит таймер 1, предназначенный для задания момента — начаЛа длительности режима дня, а также для подачи тактовых и управляющих импульсов, к первому выходу которого подключена последовательная цепь логических элементов . первого элемента И 2,.реверсивного счетчиva 3, второго элемента И 4 и первого инвертора 5, причем выход первого инвертора 5 подключен к второму входу первого элемента И 2. Третий выход таймера 1 подсоединен к входам второго инвентора 6 и первого формирователя 7 импульсов, предназначенного для формирования коротких импульсов по переднему фронту входных импульсов, а также v, второму входу третьего элемен а И 8, Выход третьего элемента И 8 подключен к второму входу реверсивного счетчика 3, а первый вход третьего элемента

И 8 подключен к выходу функционального преобразователя 9 освещенность — частота импульсов, Выход первого формирователя

7 импульсов подключен к третьему входу (входу общего сброса) реверсивного счетчика 3, К второму выходу таймера 1 подключена последовательная цепь из четвертого элемента И 10 и первого исполнительного механизма 1"., предназначенного для включения и выключения основных ламп. K выхо..ду датчика 12 температуры. предназначенного для измерения температуры воздуха в теплице, подсоединена последовательная цепь следующих элементов: элемента 13 сравнения, предназначен toro для определения отклонения фактической температуры воздуха в теплице от заданного значения, порогового уст.ройства 14, предназначенного для выдачи логического сигнала о превышении температурой предельно допустимого уровня, . элемента ИЛИ 15 и второго исполните tbHOго механизма 16,. предназначенного для включения и выключения ультрафиолетовых облучателей. Г!ервые и вторые входы пятого элемента И 17 и второго формирогателя 18 импульсов, предназначенного для формирования vopoxvoro импульса при определенном сочетании входных импульсов, 3 подключены соответственно к выходам второго элемента И 4 и второго инвертора 6.

S-вход и H-вход первого RS-триггера 19 подключены соответственно к выходам пя5 того элемента И 17 и второго формирователя 18 импульсов. Инверсный выход первого

RS-триггера 19 через третий формирователь

20 импульсов; предназначенный для формирования короткого импульса по. заднему

10 фронту входного логического сигнала, под.Ключен к S-входу второго RS-триггера 21, R-вход которого связан с выходом третьего

Н. формирователя 20 импульсов через схему

22 временной задержки, преднaa)taченную

15 для заДержки импульсного сигнала lla за данный временной интервал, равный миниMалbHo допустимой паузе между отключением и повторным включением ламп, которая предусмотрена техническигли

20 условиями на лампы, Прямые выходы первого и второго ЛЯ-триггера 19 и 21 подключены соответственно к первому и второму входам шестого элемента И 23, выход которого подключен к второму входу элемента

25 ИЛИ 15. Второй и третий входы четвертого элемента И 10 подключены соответственно к прямому выходу первого RS-триггера 19 и инверсному выходу второго RS-триггера 21.

К втсрому выходу таймера 1 подключен так30 же вход задатчика 24 температуры, который предназначен для задания значений температуры воздуха в теплйце, оптимальных для режимов "День" и "Ночь", и выход:которого подключен к второму входу элемента 13

35 сравнения. Все логические элементы типа

И, ИЛИ, HE, RS-триггеры и реверсивный счетчик могут быть реализованы на базе. соответствующей микросхемам серии К 155.

Функциональный преобразователь осве40 щенность — частота импульсов может быть реализован в виде управляемого RC-генератора на операционных усилитвлях серии

КУТ 401(А,Б) KYT 402(А.Б), 1УТ 531(А,Б), содержащих в управляющей цепи фотосопро45 тивление, например, типа ОСК.

В качестве датчика температуры может быть использован термопреобразователь типа TCM-0879-01, Задатчики глогут Сыть реализованы в ви50 де переключаемых перемен .Ых рсгистров.

Злемент сравнения tt порсговое устройство могут быть реализованы на операционных

ycttntrråëttõ КУТ 401(А,Б), КУТ 402(А,Б), 1УТ

531(А,Б). Таймер может реализовываться на

55 элементах интегральной электроники серии

К 155. Формирователи импульсов могут быть реализованы «а операционных. усилителях — КУТ 401(А,Б), 1У1 531(А,Б), КУТ

402(А,Б) с соответствующими выпрямительными и дифференцирующими цепочками.

1748735

20

25

55

Схема временной задержки может быть выполнена на цифровых интегральных элементах по схеме пересче гн ых декад.

Исполнительные механизмы могут быть реализованы в виде магнитных пускателей, например, типа ПМЕ.

Устройство реализует способ следующим образом (его работа поясняется временными диаграммами сигналов, приведенными на фиг.2).

С момента начала режима "День" (11 на фиг.2) с второго выхода таймера 1 появляется единичный сигнал (Иг на фиг.2), который задает длительность этого режима. Одновременно с первого выхода таймера 1 на первый вход элемента И 2 начинает поступать последовательность тактовых импульсов (И1 на фиг.2), причем их частота соответствует заданной освещенности в масштабе функционального преобразователя 9 освещенность — частота импульсов, выходный импульсный сигнал которого имеет частоту, определяемую измеренной освещенностью и поступает на первый вход третьего 8 элемента И, начало и конец последовательности тактовых импульсов (tt и

tz на фиг.2) определяются импульсом, кото-. рый подается с второго выхода таймера 1 и который задает начало и длительность режима дня (И на фиг.2). А с третьего выхода таймера 1 поступает последовательность импульсов единичной скважности (с периодом, например, одна минута), управляющая работой реверсивного счетчика 3 (Из на фиг,2), Для этого управляющие импульсы с третьего выхода таймера 1 напрямую поступают на второй вход третьего элемента И 8, открывая его как ключ в первый полупериод для передачи сигнала с выхода функцио-. нального преобразователя 9 освещенность — частота импульсов на второй (плюсовой) вход реверсивного счетчика 3, и эти же импульсы через второй инвертор 6 поступают на третий вход первого элемента И 2 (И 4 на фиг.2). позволяя ему как ключу открываться в течение второго полупериода. По переднему фронту управляющих ммпульсов, по, ступающих с третьего выхода таймера 1, первый формирователь 7 импульсов формирует короткий импульс, поступающий на третий вход общего сброса реверсивного счетчика 3 и обнуляющий его. Поэтому в течение первого полупеоиода реверсивный счетчик 3 суммирует импульсы, поступающие через открытый. третий элемент И 8 с выхода функционального преобразователя

9 освещенность — частота имульсов. Во второй полупериод третий элемент И 8 как ключ закрывается, ибо на втором его входе сигнал обнуляется. А поскольку суммарный сигнал реверсивного счетчика 3 уже отличен от нуля, то через его инверсные выходы на входы второго элемента И 4 будут поступать и нулевые сигналы и, следовательно, на выходе второго элемента И 4 в начале второго полупериода обязательно будет нуль, а на выходе первого инвертора 5 —. единица, В результате первый элемент И 2 как ключ в начале второго полупериода оказывается

0TKpbITb1l для пропускания последовательности тактовых импульсов с первого выхода таймера 1 на первцй (минусовой) вход реверсивного счетчика 3 и начинается процесс вычитания из суммарных показаний в его регистре тактовых импульсов, Если в режиме "День" естественная освещенность превышает минимально допустимый заданный уровень (E(t) на интервале

t>-1з фиг.2), определяемый частотой такто вых импульсов с первого выхода таймера 1 то в течение второго полупериода обнуления реверсивного счетчика 3 произойти не может. Поэтому с выхода второго элемента

И 4 на первый вход пятого элемента И 17 только в начале первого полупериода поступают короткие импульсы, возникающие в момент начального обнуления реверсивного счетчика 3 (И на фиг.2), Но поскольку ключевой элемент И 17 открывается только во второй полупериод сигналом второго инвертара 6, то при большой освещенности на его выходе будет нуль и, следовательно, первый RS-триггер 19 и управляемый от него второй RS-триггер 21 будут в .исходном состоянии, когда у них на прямых выходах будут нулевые сигналы. Нулевой сигнал первого RS-триггера 19 поступает на вход четвертого элемента И 10, закрывает его, препятствуя при большой освещенности подаче на первый исполнительный механизм

11 команды на включение основных ламп.

При этом отсутствие во втором полупериоде импульсного сигнала на выходе второго элемента И 4 прлведет к тому, что второй формирователь 18 ймпульсов будет формировать по заднему фронту выходных импульсов второго инвертора б короткие импульсы (Иэ на фиг.2). которые, поступая . на R-вход первого RS-триггера 19, в описываемой ситуации, т.е. при большой освещенности, не могут изменить состояние последнего.

Если в течение режима "День" в какойто момент естественная освещенность снизится до предельно допустимого уровня (момент з на фиг.2) и станет ниже, то в соответствующем и последующих циклах работы реверсивногр счетчика 3 обнуление будет происходить до окончания интервала списывания его показаний {И на фиг.2), Со1748735 ответственно в каждый момент такого обну- тельного механизма 11 снимается команда ления (например, в ц на фиг,2) на выходе на включение, и основные лампы выключа° второго элемента И 4 сигнал будет стано- ются, виться единичным (И 7 на фиг.2) и оставать- В момент выключения основных ламп ся таковым до окончания второго 5 одновременно с обнулением сигнала на полупериода, после которого начинается прямом выходе первого RS-триггера19сигновыйинтервалсуммирования на реверсив- нал íà его инверсном выходе становится ном счетчике 3. Этот сигнал, во-первых, по- единичным (И 1 на фиг.2). Это изменение ступая на первый инвертор 5, обнуляет преобразуется третьимформирователем 20 выходной сигнал последнего, что вызывает 10 импульсов в короткий импульс (Ntz на закрытие первого элемента И 2 для пропу- фиг.2), поступающий на-S-вход второго RSскания тактовых импульсов на первый (ми- триггера 21 и меняющий состояние этого нусовой) вход реверсивного счетчика 3 и блока, Этот же импульс с выхода третьего прекращает процесс вычитания и измене- формирователя 20 импульсов поступает и ния выходного сигнала реверсивного счет- 15 на вход схемы 22 временной задержки, почика 3 после его обнуления и до начала являясь íà его выходе (И э в момент t7 на следующего цикла работы, во-вторых, пер- фиг. 2) с определеннымвременнымсдвигом. вый такой широкий импульс с выхода второ- Поступление этого импульса Hà R-вход втого элемента И 4, поступая на первый вход рого RS-триггера 21 вновь переводит его в пятого элемента И 17 синхронно с выход- 20 исходное состояние, при котором на его инным импульсом второго инвертора 6, изме-. версном выходе сигнал равен единице. нит с нуля на единицу, выходной сигнал Такимобразом,втечениеопределеннопятого элемента И 17 (Из на фиг.2), который, го периода (длительность которого опредепоступая, в свою очередь, íà S-вход первого ляется настройкой схемы 22 временной

RS-триггера 19, изменит его состояние., 25 задержки) после выключения ламп сигнал

Таким ббразом, соответствующее изме- на инверсном выходе второго RS-триггера нение на прямом:выходе первого RS-тригге- 21 равен нулю. (И15 на фиг.2)„в результате ра 19 с нуля на единицу (И о на фиг,2) чегочетвертыйэлементИ10оказывается на приведетктакомужеизменениювыходного это время закрытым для прохождения косигнала четвертого элемента И 10 (И|6 на 30 манд на включение основных ламп с прямофиг.2). т.е. к подаче на вход первого испол- го выхода первого Rg-триггера 19, Этим нительного механизма 11 команды íà вклю- обеспечивается минимально необходимая чение основных ламп, При этом ипульсные пауза между выключением и повторным сигналы с выхода второго элемента И 4, включением основных ламп. Поэтому, если . поступающие на первый вход второго фор- 35 естественная освещенность после увеличемирователя18 импульсов синхронно с посту- ния быстро снизится до предельного уровня пающими на его второй вход импульсами с (t8 на фиг.2) и во втором полупериоде очевыхода второго инвертора 6, закрывают вто- редного цикла работы реверсивного счетчирой формиро атель 18 импульсов, предотв- . ка 3 появится при его обнулении (в момент ращая подачу его выходных сигналов на 40 тд на фиг.2) на выходе второго элемента И 4

R-вход первого RS-триггера 19. импульс, это, как было показано ранее, выЕсли в течение режима "День" естест- зовет появление единичного сигнала на венная освещенность вновь превысит за- прямом выходе первого RS-триггера 19(И о данный уровень (момент 1ц на фиг.2),чего в на фиг.2), но это при нулевом сигнале на очередной цикл работы реверсивного счет- 45 третьем входе четвертого элемента И 10 уже чика 3 обнуления во втором полупериоде не вызовет появления команды на включеопять не будет, первый короткий импульс ние первого исполнительного механизма начального обнуления .(общего сброса) ре- 11, Эта команда появится позднее (момент версивного счетчика 3, появившийся на вы- t7 на фиг.2), когда закончится время задерходе второго элемента И 4 (И7 в момент te 50 жки, вводимое схемой 22 временной задернафиг.2), вызоветпоявлениесоответствую- " жки, и второй RS-триггер 21 вернется в щего импульса на выходе второго формиро- исходное состояние с единичным сигналом вателя 18 импульсов (Ng на фиг, 2 ). на инверсном выходе, который открывает который, поступая на R-вход первого RS- четвертый элемент И 10 для пропускания триггера 19, меняет его состояние. Следова- 55 команды на включение. тельно, сигнал на прямом выходе первого В момент окончания режима "День" (tz

RS-триггера 19 s этот момент обнуляется на фиг.2) прекращается подача тактовых и (И о на фиг,2), в результате чего обнуляется . управляющих импульсов с первого и третьвыходной сигнал четвертого элемента И 10 его выходов таймера 1, а также обнуляется (И16на фиг,2), т.е, с входа первогоисполни- сигнал на втором его выходе (И1, Из, И2 на

1748735

10

20

35

55 фиг,2), который поступает на четвертый элемент И 10. В результате этот ключевой элемент И 10 оказывается закрытым в течение всего режима "Ночь" и, следовательно. в этом режиме подача команды на включение основных ламп на входе первого исполнительного механизма 11 (если она была) прекращается и в дальнейшем невозможна до начала режима "День", Если в режиме "День" температура воздуха в теплице близка к заданной или знэчительно ниже ее, то будет равен нулю выходной сигнал порогового устройства 14, на вход которого поступает сигнал разности между фактической и заданной температурой, определяемый элементом 13 сравнения по показаниям датчика 12 температуры и задатчика 24 температуры. Соответственно, при нулевом выходном сигнале шестого элемента И 23 будет нулевым и выходной сигнал элемента ИЛИ 15, т.е. на входе второго исполнительного механизма 16 будет отсутствовать команда на включение ультрафиолетовых облучателей.

Если температура воздуха в теплице в какой-то момент (tip на фиг.2) превысит предельно допустимое значение, то выходной сигнал порогового устройства 14 становится единичным (Ип на фиг.2), э следовательно, станет равным единице выходной сигнал элемента ИЛИ 15 (Иlg на фиг:2). т.е произойдет подача на вход второго исполнительного механизма 16 команды на включение ультрафиолетовых облучателей. Если затем температура опустится ниже указанного уровня (tll на фиг.2), то выходной сигнал порогового устройства 14 обнулится и, следовательно, подача команды на включе-. ние ультрафиолетовых облучателей с выхода элемента ИЛИ 15 на вход второго исполнительного механизма 16 прекратится (ультрафиолетовые облучатели выключаются). Аналогичным образом при повышении и понижении температуры воздуха будет происходить включение и отключение ультрафиолетовых облучателей как в режиме "Ночь", так и в режиме "День", причем независимо от того. включены или от.ключены основные лампы. В частности, такое включение ультрафиолетовых облучателей обязательно будет происходить в момент начала режима "Ночь", когда обнуление сигнала, поступающего с второго выхода таймера 1 на вход зэдатчика 24 температуры, вызывает на входе последнего скачкообразное уменьшение заданной температуры. Ультрафиолетовые облучатели будут включены на всем интервале охлаждения теплицы до нового заданного значения температуры (И о на интервале t2 t12.ôèã.2).

Если в режиме "День" после отключения основных ламп необходимость их повторного включения возникает раньше, чем окончится минимально необходимая пауза, задаваемая схемой 22 временной задержки (tg на фиг.2), то в этой ситуации, как было показано выше, на прямых выходах первого и второго RS-триггеров 19 и 21 сигналы будут равны единице. Следовательно, в этом случае будет единичным и выходной сигнал шестого элемента И 23, который через элемент ИЛИ 15 попадает на вход второго исполнительного механизма 16, вызывая включение ультрафиолетовых облучателей.

По окончании времени задержки состояние второго RS-триггера 21 меняется, что приведет (в момент t7) к одновременному включению основных ламп и отключению ультрэфиолетовйх облучателей (Иы и Vlig на фиг.2).

Формула изобретения

1, Способ управления облучением растений в теплице, включающий задание вре5 менной программой режима День", задание необходимого уровня освещенности в видимом диапазоне в режиме "День", измерение текущего уровня освещенности в видимом диапазоне, сравнение его с заданным и регулирование уровня освещенности в видимом диапазоне до равенства текущего и заданного уровней освещенности в режиме "День", о т л и ч э ю шийся тем, что, с цель.о оптимизации режима облучения растений, задают температуру воздуха в теплице, измеряют текущее значение температуры, сравнивают его с заданным и в случае превышения текущего значения температуры относительно заданного в режимах "День" и "Ночь" облучэют растения излучением в ультрафиолетовом диапазоне.

2, Устройство управления облучением растений в теплице, содержащее соединенные последовательно таймер, первый элемент И, реверсивный счетчик, второй элемент И и первый инвертор, выход которого связан с вторым входом первого элемента И, при этом функциональный преобразователь освещенность — частота импульсов через третий элемент И подключен к второму входу реверсивного счетчика, второй выход таймера посредством четвертого элемента И связан с первым исполнительным механизмом, а третий выход таймера подключен к третьему входу первого элемента И через второй инвертор и к второму входу третьего элемента И непосредственно. отл ич а ю щ ее с я тем, что, с целью оптимизации режима. облучения растений, оно снабжено датчиком и задэт1748735

О

Н 2 3

U г6

lIg и

И19

Z 12 чиком температуры, элементом сравнения, пороговой схемой, пятым и шестым элементами И. элементом ИЛИ, вторым исполнительным механизмом, двумя

RS-триггерами, тремя формирователями импульсов и схемой временной задержки, при этом выходы датчика и задатчика температуры посредством включенных последовательно элемента сравнения, пороговой схемы и элемента ИЛИ подключены к входу второго исполнительного механизма, вход задатчика температуры связан с вторым выходом таймера, а второй вход элемента ИЛ И соединен с выходом шестого элемента И, первый и второй входы которого связаны с прямыми выходами первого и второго RSтриггеров, причем прямой выход первого

RS-триггера подключен к второму входучетР

U6

Uр .

Щ ду

Uin

ui1

U)2

Йз

Up„

Ь

Йб вертого элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом второго RSтриггера, кроме того, выход второго элемента И связан с первыми входами пятого

5 элемента И и второго формирователя импульсов, выходы которых соединены соответственно с S- u R-входами первого

RS-триггера, к инверсному выходу которого подключен третий формирователь импуль10 сов, при этом его выход соединен с S-входом и посредством схемы временной задержки с R-входом второго RS-триггера, а вторые входы пятого элемента И и второго формирователя импульсов связаны с выхо15 дом второго инвертора, причем третий выход таймера посредством первого формирОвателя подключен к третьему входу реверсивного счетчика.

t

t

t

t: